城市高层建筑消防监(侦)测新设备探索

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  摘 要:本文通过对时下世界无人机发展的现状进行调研,分析得出小型无人机越来越多的冲破传统领域,在航空拍摄,军用侦测等领域发挥出其巨大的优势。结合当前高层建筑火灾消防部门所遇到的困难中,消防实时监测领域的空白,扩展性的挖掘出小型无人机在消防领域的应用前景。
  关键词:小型无人机;城市消防监测;高层建筑消防;创新;工业产品
  
  1.城市消防领域亟需新型有效的消防监测设备
  1.1城市消防现状及其困难
  随着我国城镇化进程的加快,城市规模不断地扩大,城市人口不断地增多都给城市消防带来更多的问题及挑战。高层建筑、古建筑老城区、交通火灾等消防工作的重点难点发生火灾机率也在不断的上升。
  以城市中高层建筑消防的消防为例,到目前为止都还是一个世界性难题。全国曾经发生过几起高层建筑火灾,但是限于消防手段比较单一,对于100米以上高度的火灾基本没有办法解决,尤其是火场实时监测,目前还是靠目测,很难达到快速有效准确的判断,延误了最佳灭火时机[1]。北京目前有高层建筑8000多栋,高度超过100米的超高建筑就有58栋;上海超过100米的超高层建筑有400多栋,建筑数量已经远远超过中国香港,成为全球高楼建筑数量第一的城市。这些都给城市消防提出了严酷的挑战。
  1.2小型无人机在消防监测领域的优势
  针对上文提到的城市消防现状,小型无人机能够飞到以上任何火警现场,受到其它条件限制和影响的情况较少。对于那些消防员无法抵达,或者无法观测到的受灾区域,小型无人机可以飞行侦查,还可以悬停在空中监视这些区域火势火情的发展,指挥调度消防力量,及时有效的扑救灾情[2]。比如能够进行高空作业对火势有具体的了解,同时能够深入到较窄的巷道监视火灾火情,还能在交通拥堵的情况下飞行至车辆爆炸的发生位置,让消防队员充分了解火灾发生的情况,准确及时的拟定并实施消防救火计划。
  1.3小型无人机在城市消防中的使用现状
  目前开发和应用消防型民用无人机的条件已经成熟,可以利用现有的无人机技术、飞控技术、无线电通讯技术、导航技术、红外技术以及消防部队现有的先进的指挥系统等,小型无人机针对不同的需求就可以迅速的应用到消防实战中[3]。
  2.小型无人机如何在城市高层建筑消防监测中发挥其优势
  2.1小型无人机简介
  无人驾驶飞机简称无人机(Unmanned AerialVehicle,缩写UAV),是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务,并能重复使用的无人驾驶航空器[1]。无人机的种类繁多,从无人机的用途上分类可以把无人机粗略的分为军用和民用两大类。民用小型无人机,一般用来勘探测绘,如气象探测无人机,灾害监测无人机,地址勘测无人机,地图测绘无人机等[4]。
  小型无人机在监测领域中,遥感传感器技术的发展、飞行姿态控制技术的进步以及数字传输存储技术方面的提高,帮助小型无人机能够获得符合要求的图像,也很大程度上提高了无人机飞行控制的稳定性[5]。同时无人机摄影高度可以灵活控制,能够获取高分辨率遥感影像,如云层覆盖区域、航空遥感影像摄影死角区域,还可以适应于地形复杂的困难地区等。在这些地方无人机的遥感影像都能够快速获取[6]。消防监测无人机的镜头只需要达到准确传达火势火情的功能,可以不考虑非量测型的数码相机的镜头可能会产生的畸变①[7],所以小型无人机在采集图像这一技术上是完全可以达到消防监测要求的。
  2009年,中国测绘科学研究院研制的UAVRS.II型无人飞机低空遥感系统获取了大量的影像数据资料,体现出无人飞行器低空遥感系统在土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害勘察、海洋资源与环境监测、地形图更新、林业草场监测和森林防火监控以及农业、水利、电力、交通、公安、军事领域等诸多方面的应用[7]。
  可以看到消防领域小型无人机作为防灾救灾监测硬件,不仅拓宽了小型无人机的应用领域,也给消防部门提供了新型实用的救灾手段。
  2.2小型无人机在城市高层建筑的消防监测中的优势
  相对于其它消防硬件设施(如大型直升机),小型无人机的监测作用在城市高层建筑消防中的优势主要体现在成本效益,时效性,灵活度几个方面。
  (1)从成本效益分析
  根据我国的经济现状,在一些大城市诸如上海“空中110”还有许多方面落后于国际先进国家及城市。不过随着图像识别系统以及信息遥感技术的发展,小型无人机的系统成本及影像数据处理费用也在逐年下降,一般的单位和个人都能负担。所以在大城市的消防安全部门配备小型无人机完全可以被采纳的。从消防成本效益核算的角度来看,使用大型直升机的每次动则上万元,而每台小型无人机的每次使用费用则能够控制在千元左右下。
  (2)从时效性分析
  从抢险救灾的应急时效性来看,由于高层建筑的一系列特点——高度大,结构复杂,火灾蔓延速度快,所以高层建筑火灾一旦发生,及时捕获火场准确信息采用有效手段是不可忽略的重点。
  目前受到交通部门对救助直升机管理规定的影响,目前北京上海等城市配备了数量有限的直升机并没有在防火救灾中发挥实际作用。比如,在2010年上海静安高层住宅大火中,警用直升机参予救援并没有成功。我国在调用直升机进行消防救援中还没有过成功的先例,原因在于我国对600米以下低空飞行管制还较为严格,审批环节多时间长,制约直升机消防救援时快速反应、及时救险。多个大中城市如北京,广州的消防部门都配备有消防直升机,但是还没有发挥显著的作用。直升机在救灾抗灾时申请手续复杂,权责不清,导致直升机在城市高层消防领域发挥的作用十分有限。小型无人机却可以克服这些困难。
  从信息采集的时效性来看,小型无人机在消防监测方面对信息采集准确及时。前文提到的无人机遥感技术以及图像处理技术的发展,让小型无人机能第一时间获取城市高层建筑中火灾的发生情况,同时能够在第一时间判断火势蔓延的程度,进而帮助消防队员准确及时的到达失火地点,采取有效的扑救手段。同时,对火灾救援过程的可视化记录,对于进一步分析每次救火行动,总结优化救火方案提供有力资料。加载热红外成像仪,还可以穿透烟雾,获取建筑内火情信息,也可有效勘测火场的隐性火点,做到滴水不漏。
  (3)从灵活度分析
  在同样飞行高度的飞行设备中,小型无人机的的灵活度主要体现在其体积小,重量轻。对于一些观测困难的地方,如火情严重的房间内,小型无人机可以从窗口进入楼内。此时地面控制人员通过实时传输的图像,观察该房间内是否具有生命迹象,进而判断是否应该派出消防救灾人员解救围困群众。而飞行姿态控制技术的发展则进一步帮助小型无人机在灵活飞行的同时,能够保持稳定的图像传输质量。
  3.前景展望
  综上所述,无人机在消防监测领域的发展前景是广阔的。目前在城市消防难题中还有老城区的巷道,以及交通火灾等。在古建筑较多的城市,还有一些改造不完善的老城区,巷道窄,楼房间距近,消防荷载值大。同时家用汽车普及率的大幅度提高,城市交通拥堵严重,近年由于交通事故等原因造成的汽車燃烧、爆炸事件的事件也在逐年增多,一旦有此类灾情发生,面对拥挤、堵塞的现场,消防车辆只能望“车”兴叹,束手无策[3]。
  相信随着无人机在消防领域的普及和应用,在应对以上消防难题的时候我国能尽可能的减少人民的生命财产损失,向和谐社会更大的迈进一步。
  
  注 释:
  ①无人机遥感影像的几何纠正主要集中于由传感器本身引起的内部变形和传感器以外因素引入的外部变形。在焦距确定的情况下,内部镜头畸变属于系统误差,它对每幅图像产生的影响都是相同的,可以用数学公式或模型加以模拟,进行统一纠正,这个纠正可通过软件进行。《无人机遥感影像测制更新困难地区地形图的研究》,郭群长, 江洪, 张昭云。
  
  参考文献:
  [1]陈景文,浅议我国城市消防的现状及解决对策福建省福州市消防支队.
  [2]中国建筑业企业联合会,来源中建联新闻部,2010-1-20.
  [3]陈 军,开放消防型民用无人机大有可为,深圳市公安局消防局《航空科学技术》2004年1月, 37-38.
  [4]吴立新,刘平生,卢健,无人机的分类,(洪都航空工业集团科技委),洪都科技.
  [5]肖方兵,国内消防新技术与新产品信息,《消防技术与产品信息》2007年,第4期,82页.
  [6]郭忠磊,基于无人机遥测系统的海岸带地形测量实施方法,中国测绘学会海洋测绘专业委员会第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文,海军大连舰艇学院海测工程,2009-06-14,234-235页.
  [7]郭群长,江洪,张昭云,无人机遥感影像测制更新困难地区地形图的研究.
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